隨著芯片輸入功率的不斷提高,芯片體積不斷地縮小，這給封裝材料提出了更新、更高的要求。眾所周知，芯片對熱量是十分敏感的。在設(shè)備散熱通道中，基板是連接內(nèi)外散熱通路的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，兼有散熱通道、電路連接和對芯片進行物理支撐的功能。

倘若不能及時的將熱量發(fā)散，保持芯片低于其最大工作溫度，將直接影響芯片的使用壽命，甚至不能使用。正因為如此，對高功率半導(dǎo)體產(chǎn)品來講，基板必須具有高電絕緣性、高導(dǎo)熱性、與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)等特性。那么，什么樣的陶瓷基板更適合大功率封裝，更符合未來的發(fā)展方向呢？

要在幾種陶瓷基板材料中分出勝負，首先要明白陶瓷基板對材料有哪些要求。

在介紹氮化鋁和氧化鋁之前，我們先來介紹另外一種基板

BeO（氧化鈹陶瓷基板）

BeO晶體的晶格常數(shù)為a=2.695，c=4.390，是堿土金屬氧化物中唯一的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)(Wurtzite)。由于BeO具有纖鋅礦型和強共價鍵結(jié)構(gòu)，而且相對分子質(zhì)量很低，因此，BeO具有極高的熱導(dǎo)率。純度為99%以上、致密度達99%以上的BeO陶瓷，其室溫熱導(dǎo)率可達310W/(m·K)，與金屬材料的熱導(dǎo)率十分相近。而且隨著BeO含量的提高，其熱導(dǎo)率增大。但是BeO本身的毒性嚴重影響了他的發(fā)展。

因此，從性能、成本和環(huán)保等方面考慮，BeO不能作為今后大功率器件發(fā)展最理想材料。

Al2O3（氧化鋁陶瓷基板）與AlN（氮化鋁陶瓷基板）的終極對決

Al2O3

Al2O3陶瓷基板綜合性能較好，是目前應(yīng)用成熟，使用范圍廣闊的陶瓷基板。Al2O3原料豐富、價格低，強度、硬度高，耐熱沖擊，絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性、與金屬附著性良好。增加基板中Al2O3的含量，可以提高其綜合性能，在Al2O3中摻入Ag、Ag-Pd等金屬導(dǎo)體或低熔玻璃，既可以降低燒結(jié)溫度又可以減小介電常數(shù)。但這么做的代價就是其燒結(jié)所需的溫度也會升高，制造成本相應(yīng)提高。

長期以來，Al2O3都是封裝中主要使用的基板材料。但相對于其他基板，Al2O3的熱導(dǎo)率相對較低的缺點使它難以滿足未來封裝的需要。行業(yè)需要一種更加先進，散熱系數(shù)更高的陶瓷基板。

AlN

氮化鋁是兼具良好的導(dǎo)熱性和良好的電絕緣性能少數(shù)材料之一，且具備以下優(yōu)點：

（1）氮化鋁的導(dǎo)熱率較高，室溫時理論導(dǎo)熱率最高可達320W/(m·K)，是氧化鋁陶瓷的8～10倍，實際生產(chǎn)的熱導(dǎo)率也可高達200W/(m·K)，有利于芯片中熱量散發(fā)，提高設(shè)備性能；

（2）氮化鋁線膨脹系數(shù)較小，理論值為4.6×10-6/K，與半導(dǎo)體常用材料Si、GaAs的熱膨脹系數(shù)相近，變化規(guī)律也與Si的熱膨脹系數(shù)的規(guī)律相似。另外，氮化鋁與GaN晶格相匹配。熱匹配與晶格匹配有利于在大功率設(shè)備制備過程中芯片與基板的良好結(jié)合，這是高性能大功率封裝質(zhì)量的保障。

（3）氮化鋁陶瓷的能隙寬度為6.2eV，絕緣性好，應(yīng)用于大功率封裝時不需要絕緣處理，簡化了工藝。

（4）氮化鋁為纖鋅礦結(jié)構(gòu)，以很強的共價鍵結(jié)合，所以具有高硬度和高強度，機械性能較好。另外，氮化鋁具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性能，在空氣氛圍中溫度達1000℃下可以保持穩(wěn)定性，在真空中溫度高達1400℃時穩(wěn)定性較好，有利于在高溫中燒結(jié)，且耐腐蝕性能滿足后續(xù)工藝要求。

氮化鋁各方面性能同樣也非常全面，尤其是在電子封裝對熱導(dǎo)率的要求方面，氮化鋁優(yōu)勢巨大。唯一不足的是，較高成本的原料和工藝使得氮化鋁陶瓷價格很高，這是制約氮化鋁基板發(fā)展的主要問題。但是隨著氮化鋁制備技術(shù)的不斷發(fā)展，其成本必定會有所降低，氮化鋁陶瓷基板在大功率封裝領(lǐng)域大面積應(yīng)用指日可待。